REGULA

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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICAEM PROCARIOTOS
Universidade Federal de Pelotas Centro de
Biotecnologia Biologia Molecular
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Regulação da expressão gênica
Mecanismos que regulam o processo de transcrição
do DNA para sintetizar RNA e a tradução desses
para gerar proteínas
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Abordagens...
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A estrutura de um gene de procarioto
Estrutura de um Gene
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ESTRUTURA DE UM GENE DE EUCARIOTO
A estrutura de um gene de eucarioto
Promotor
Região Codificadora
Sítio de PoliA
DNA
Exon
hnRNA
AAAAAAAAAA
RNA
Intron
mRNA
AAAAAAAAAA
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Organização na forma de operons
RNA MENSAGEIRO POLICISTRÔNICO
E. coli
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Porque Regular?????
Qual o custo (em termos de energia e recursos)
para fazer uma proteína?
Para uma proteína de tamanho médio (300
aminoácidos)? - 1350 moléculas de ATP - 1650
átomos de carbono - 540 átomos de Nitrogênio
E. coli tem cerca de 4000 genes que codificam
aproximadamente 2000 proteínas.
Imaginem o custo se todas essas proteína fossem
produzidas ao mesmo tempo !
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Quem, Quando e Quanto
A síntese de proteínas requer grandes
quantidades de energia assim, os procariotos
desenvolveram mecanismos elaborados para
controlar a escolha de quais proteínas são feitas
em diferentes momentos, sob diferentes condições
ambientais.
Isso é regulação Gênica
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Fatores que determinam a quantidade de cada
proteína
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(No Transcript)
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Regulação primária RNA Polimerase
Genes constitutivos interação promotor/RNA
polimerase
Genes induzíveis proteínas reguladoras afetam a
transcrição pela RNA polimerase
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O CONTROLE TRANSCRICIONAL EXERCIDO POR CASCATA DE
FATORES SIGMA
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RNA Polimerase
?
Fator ? (sigma)
?
?
?
?
?
Core
Holoenzima
?
Especificidade de ligação da RNA polimerase nos
diferentes promotores é dada pela interação com
diferentes espécies de fatores sigma
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BACTERIÓFAGO SPO1
Genes de expressão imediata
Genes de expressão intermediária
Genes de expressão tardia
RNA pol Fator ? a
Fator ?
Fator ?
se multiplica em Bacillus subtilis
?gp28
?gp33/34
TRANSCRIÇÃO DOS GENES DE EXPRESSÃO TARDIA
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Bacillus subtilis
CONTROLE DA ESPORULAÇÃO DO Bacillus subtilis
ESPORULAÇÃO
Seqüência de genes é expressa com a finalidade de
formar o esporo
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OS MECANISMOS DE CONTROLE TRANSCRICIONAL
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Controle por ativadores e repressores
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REGULAÇÃO NEGATIVA Repressor ligado inibe a
transcrição
Indução
indutor
REPRESSOR INATIVO
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REGULAÇÃO NEGATIVA Repressor ligado inibe a
transcrição
Repressão
Co-repressor
REPRESSOR INATIVO
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REGULAÇÃO NEGATIVA a transcrição pode ser
favorecida ou bloqueada, dependendo da ação da
molécula sinal sobre a proteína repressora
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REGULAÇÃO POSITIVA a expressão está na
dependência da presença das proteínas reguladoras
ativadoras.
Os ativadores unem-se a sítios adjacentes ao
promotor, aumentando a afinidade da RNA
Polimerase por ele e favorecendo a transcrição
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REGULAÇÃO POSITIVA Ativador ligado facilita a
transcrição
Indução
INDUTOR
ATIVADOR INATIVADO
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REGULAÇÃO POSITIVA Ativador ligado facilita a
transcrição
Repressão
Co-repressor
ATIVADOR INATIVADO
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SISTEMAS INDUZÍVEIS expressão dos genes somente
ocorre quando da presença de um indutor
SISTEMAS REPRIMÍVEIS a expressão somente ocorre
na ausência do co-repressor.
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Operon lac
Regulação Gênica em E.coli
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Regulação do operon lac
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Estrutura do Operon lac
Operon Lac 6000 bp
Metabolismo da lactose
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Operon lac - Enzimas
A lactose induz a síntese de enzimas envolvidas
no seu próprio metabolismo
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PERMEASE
Enzimas
Transporta lactose
CITOPLASMA
PERIPLASMA
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Enzimas
?-Galactosidase
Clivagem da lactose
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Ausência de lactose
Controle negativo do Operon lac
Presença de lactose
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Controle positivo do operon lac
CAP Proteína ativadora de catabólito
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Operon lac
PRESENÇA DE LACTOSE inativar o repressor
AUSÊNCIA DE GLICOSE aumentar a concentração de
cAMP, permitir a ligação a CAP e assim, ao DNA
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Operon trip
Operon Trip
Regulação Gênica em E.coli
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Regulação do Operon trp
ter
trpR
trpE trpD trpC trpB trpA
P\O
Triptofano

Repressor
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Regulação do Operon trp

• Regulação por repressão
• Regulação por atenuação

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Regulação do operon do Triptofano
ATENUADOR Controla a capacidade da RNA
Polimerase em continuar o alongamento da
transcrição além de determinados sítios
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(No Transcript)
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Regulação por atenuação
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
SITIOS DE CONTROLE
GENES ESTRUTURAIS
GENE REGULADOR
ENZIMAS ENVOLVIDAS NO METABOLISMO DA
ARABINOSE RIBULOSE - QUINASE ARABINOSE
ISOMERASE RIBULOSE 5 FOSFATO - ISOMERASE
OPERON BAD
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
Ligação de AraC
Operador
AraC
Na presença de arabinose, a proteína AraC se liga
a região araI a proteína CAP, ligada a cAMP, se
liga a um sítio adjacente à região
araI TRANSCRIÇÃO DE araB, araA e araD
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O CONTROLE DO OPERON DA ARABINOSE
Na ausência de arabinose, a proteína AraC se liga
a ambas as regiões de araI e araO formando uma
alça no DNA. IMPEDE A TRANSCRIÇÃO DO OPERON
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Os mecanismos de controle pós-transcricional

• RNA anti-senso (RNAs reguladores)
• Eficiência de ligação do ribossomo

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RNA DsrA
Atuando em reguladores transcricionais
NEGATIVO
RBS
RBS
Controle por RNAs reguladores
HNS (proteina reguladora de transcrição)
POSITIVO
RpoS (fator sigma)
RBS
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Controle da tradução de operons de proteínas
ribossômicas
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Regulação da Expressão Gênica

• Procariotos
• Resposta direta a variações nas condições
  nutricionais (genes ativados e reprimidos)
• Transcrição pode ser acoplada com a tradução
  (simultânea)

• Eucariotos multicelulares
• Limitação na resposta direta às variações nas
  condições nutricionais (células estão organizadas
  em tecidos e orgãos meios uniformes)
• Transcrição ocorre em compartimento distinto da
  tradução eliminando a possibilidade de acoplamento

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REGULAÇÃO DA EXPRESSÃO GÊNICAEM EUCARIOTOS
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Tipos de Sinais no Controle da Expressão
HORMÔNIOS ESTERÓIDES Complexo receptor-hormônio
reconhece sequências específicas no núcleo das
células. PEPTÍDICOS se liga a receptores de
superfície da célula desencadeando uma cascata de
sinalização
MUDANÇAS NUTRICIONAIS E AMBIENTAIS Limitada
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Níveis do Controle da Expressão
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Regulação da Transcrição
Regulador TATA box
Iniciador 1
Promotores Proximais
Reforçadores (enhancers)
Fatores de transcrição gerais e específicos
Ativadores (ligação DNA e ativação da
transcrição) e Repressores
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Motivos presentes em proteínas que se ligam ao DNA
Homeodomínio
Dedo de Zinco
Ligação com o DNA
Zíper de Leucina
Hélice-alça-hélice
Ativa a transcrição
Domínios de ativação
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Complexos com múltiplos componentes
Reforçadores

Fatores de Transcrição
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Regulação Pós-Transcricional
Splicing Alternativo
Diferenciação de neurônios
Mudanças nos padrões de splicing alternativo
Apoptose
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Regulação em nível de Tradução
mRNAs que codificam ferritina e do
mRNA do receptor de transferritina
Transporte, uso e armazenamento do ferro
Embriogênese
Reativação de mRNAs dormetes no oócito
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(No Transcript)